FSW 是一种新兴的焊接方法，它可以连接几乎所有的铝合金，包括熔化焊都无法 处理的一些铝锂合金和异质的铝合金甚至纯钛。例如 C。H。 Muralimohan[12]等人总结了在 目前的工作中，304 不锈钢和工业纯钛的 FSW 焊接使用镍作为中间层，对接头力学性 能的研究表明，钛镍中间层的硬度值最高。相比电弧焊，搅拌摩擦焊既不需要气体保护， 也不需要焊丝做填充材料。现在国内主要使用这种方法焊接钛合金和铝合金，而外国这 种方法已被用于部分钛合金、钢铁、镁合金和铜合金，并且焊接接头的机械性能非常接近接头。为了使 FSW 焊接适合于更多种类的钢的连接，有国外研究机构对搅拌头的材 料进行了实验，以便找到最好的材料。

图 1-3 摩擦搅拌焊示意图

C。Meran 等人目采用钨合金作为工具材料。对 SUS304 不锈钢的 FWS 可焊性进行了 研究。可以看到，焊接接头划分成三个区域，分别是混合区(SZ)、热机械影响区(HAZ) 和接头(BM)，如图 1-4 所示。在焊接之前，工件需要预热，预热 45 秒后，焊接头移动 速度为 63mm/min，工具倾角为 1。45 度，转速为 1000rpm 的时候，可获得最好的焊接效 果。对焊接后试件的做拉伸试验，实验结果显示，焊件的抗拉强度与接头相当。试验还 发现，冷轧的接头不适合使用 FSW 技术。接头的耐蚀性降低了，并且在搅拌区中发现 了严重的腐蚀，而热影响区的情况就要好很多。在搅拌摩擦焊的焊接工艺中，焊接区域 存在敏化现象，即不锈钢组织中碳和铬发生结合，在焊接过程中，出现了σ贫铬相。它 导致了奥氏体晶界腐蚀，使得材料无法耐应力腐蚀[13]。在分析了接头的金相组织后，发 现在搅拌摩擦焊的焊接过程中发生再晶现象，而在搅拌区内奥氏体向铁素体的转变过程 中形成了σ相。在表 1-10 中显示了搅拌摩擦焊的典型焊接接头特性。

图 1-4 摩擦搅拌焊焊接接头形貌

表 1-10 典型钢 FSW 接头性能对比

钢材 屈服强度 Re/Mpa (焊缝/母材) 抗拉强度 Rm/Mpa (焊缝/母材)

C-Mn 钢 1041/1400 1230/1710

HSLA-65 597/605 788/673

590 双向不锈钢 496/340 710/590

304L 51/55 96/98

316L 434/388 641/674

2507 Super Dluex 762/705 845/886

201 193/103 488/406

600 374/263 719/631

718 668/1172 986/1392

Ni-Al 青铜合金 420/193 703/421

304 钢 FSW 焊焊接头形成三个区域是：焊缝区(WNZ)、热机械冲击区(TMAZ)和热 影响区(MAZ)[14]，如图 1-5a。接头的中心位置是焊缝区，那里的组织存在动态再结晶现 象，晶粒变细，如图 1-5b 所示。由于不同的距离流动导致的焊缝中心距离的热机械受 影响区和基金属发生了颗粒变形。机械热影响区域的晶粒按照接头组织距离焊接部位的 位置发生了各异的晶粒变性，形成另一种细小的晶粒组织，而热影响区的组织再结晶并 不够充分，分别如图 1-5c 和 1-5d 所示。在接头处出现加工硬化现象，与 304 钢本体相 比，显微硬度(HV)增加了 22%。论文网